Wer als Anwender aus technischen und/oder wirtschaftlichen Erwägungen keine wellendichtungslosen Pumpen einsetzen kann, steht bei Medientemperaturen über 150 °C oft genug vor einem Dilemma: Keine der üblichen Gleitringdichtungen vermag diesen Bedingungen längere Zeit standzuhalten. Grundfos hat mit der Hochdruck- und Hochtemperaturvariante CRN Air Cooled Top für diese Einsatzfälle eine Problemlösung entwickelt. Die Milch-Union Hocheifel beispielsweise stellte nach kurzer Erprobung alle betreffenden Pumpen auf diese Technik um.
Dipl.-Ing. Wernfried Heide
Die Milch-Union Hocheifel eG (MUH) in Pronsfeld ist mit einem Umsatz von fast 400 Mio. Euro Europas größter Produzent von H-Milch und bedient mehr als 170 Handelsmarken. Jährlich verarbeiten die 460 Mitarbeiter rund 740 Mio. kg Milch und füllen knapp eine Mrd. Milchverpackungen ab. Prinzipiell sind zur Herstellung von H-Milch zwei UHT-Verfahren möglich: Das direkte Temperieren des Produktes mit Heißdampf oder das indirekte Temperieren mit Heißwasser. Die MUH hat sich aus Qualitäts- und auch Sicherheitsüberlegungen für das indirekte Verfahren entschieden.
Beim indirekten Verfahren überträgt heißes Wasser, das im Kreislauf gefahren wird, in riesigen Wärmeaustauscheranlagen die erforderliche Wärmeenergie über die trennende Wandung an das Produkt, kommt also mit diesem nicht in unmittelbaren Kontakt. Das Problem dabei ist, dass sich mit der Zeit Milchinhaltsstoffe auf den Wandoberflächen der Wärmeaustauscherschlangen niederschlagen und so der Wärmeübergangskoeffizient kontinuierlich schlechter wird. Konsequenz ist, dass ebenso kontinuierlich die Temperatur des Heißwassers immer höher eingestellt werden muss, um stets die erforderliche Produkttemperatur sicherstellen zu können. Dank der Automatisierungstechnik ist das kein Problem. Doch hat das Hochfahren der Temperatur natürlich Grenzen; wegen des wachsenden Belags an den Wärmeaustauscherrohren muss die UHT-Anlage spätestens nach zwei Tagen vollständig gereinigt und wieder sterilisiert werden. Und auch vor jedem Produktwechsel wird die gesamte Anlage zwischengereinigt.
Hohe Temperaturen malträtieren die Gleitringdichtung
Eine zentrale Funktion in diesem automatischen Regelkreis kommt der Heißwasserpumpe zu, die je nach dem aktuellen Wärmeübergangskoeffizienten unterschiedliche Fördervolumina bereitstellen muss. Bislang waren hier herkömmliche, horizontal aufgestellte Gleitringdichtungspumpen installiert. Die Gleitringdichtung wird allerdings bei den hohen Temperaturen von 140 bis 155 °C zum Problem, die zur Verfügung stehenden Materialien halten diesen Temperaturen nur eine begrenzte Zeit stand. Bei der MUH war im 2-Monats-Rhythmus ein Austausch der Gleitringdichtung erforderlich. Das hieß bislang vier Stunden Maschinenstillstand je Pumpe und regelmäßig musste die Gleitringdichtung im Wert von 300 Euro ausgetauscht werden. War dies schon beim regulären Austausch während der üblichen Stillstandszeiten der Anlagen eine aufwändige und teure Angelegenheit, wurde die Sache wegen des stets vorhandenen Risikos eines ungeplanten Ausfalls während des Betriebs immer unkalkulierbarer und kritischer.
MUH suchte daher intensiv nach Alternativen. Beispielsweise versuchte man es mit einem separaten Kühlkreislauf für die Gleitringdichtung. Das Resultat war jedoch ernüchternd: Aufgrund der hohen Temperaturen fallen große Mengen Kalk aus, die die Leitung rasch verstopfen. Eine Lösung für dieses Problem wäre der Einsatz von VE-Wasser, dieser kommt allerdings aus wirtschaftlichen Gründen nicht in Frage. Der Kostenaspekt gilt auch für wellendichtungslose Spaltrohrmotor- oder Magnetpumpen. Und nicht zu vergessen das Platzproblem: Nicht jede technisch denkbare Problemlösung kann unter den beengten Platzverhältnissen der bestehenden UHT-Anlagen bei der MUH auch tatsächlich umgesetzt werden.
Luftgekühlt, standfest, sicher
Eine technisch überzeugende und wirtschaftlich vernünftige Lösung versprach dann nach langem Suchen eine Pumpe aus dem Hause Grundfos: Die Daten der CRN Air Cooled Top waren so interessant, dass MUH im März 2002 eine Versuchspumpe installierte. Ohne externe Kühlung und ohne zusätzlichen Aufwand durch Hilfsmedien hat eine ganz normale Gleitringdichtung bei diesem Pumpenkonzept eine deutlich höhere Standzeit. Auch die Einbindung der Pumpen in die vorhandene Automatisierungstechnik der UHT-Anlage war problemlos möglich, die Drehzahl der CRN-Aggregate wird über einen externen Frequenzumformer geregelt. Hintergrund ist, dass das Heißwasservolumen in einem bestimmten Verhältnis (hier: Faktor 1,2) dem Produktstrom entsprechen muss. Als weiterer Regelparameter kommt die bereits angesprochene Temperaturanpassung aufgrund des sich verändernden Wärmeübergangskoeffizienten hinzu.
Schon der Probebetrieb war ein voller Erfolg, diese erste CRN-Pumpe läuft seit mehreren Monaten störungsfrei. Die Pumpe bringt alle erforderlichen physikalischen Werte und kommt vor allem ohne Austausch der Gleitringdichtung aus. Die MUH beschloss daher, alle Alt-Pumpen aus den UHT-Anlagen herauszunehmen und komplett durch CRN Air Cooled Top zu ersetzen.
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